DE3417699C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Synchron-Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem aus Leichtmetall bestehenden Gehäu­ se, in dem die aus Stahl bestehenden Getriebewellen nahe ihren Enden mittels eingestellter Kegelrollenlager gelagert sind, und mit einem Wärmedehnungs-Kompensationsglied zum Einhalten eines im wesentlichen temperaturunabhängigen Lagerspiels.

Solche Getriebe sind aus der DE-PS 10 66 388 und der DE-OS 31 40 330 bekannt.

Bei dem aus der DE-PS 10 66 388 bekannten Getriebe sind die Außenringe der Kegelrollenlager in Büchsen gelagert, die eine von den übrigen Lagerteilen verschiedene spezifische Wärmeausdehnung besitzen und durch Änderung des axialen oder radialen Abstandes der Außenringe gegenüber den Innenringen für ein Konstanthalten des Lagerspieles sorgen. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Kompensation der Wärmedehnung von vielen Faktoren abhängig ist, die nicht frei wählbar sind. So ist insbesondere die Größe des Wärme­ dehnungs-Kompensationsgliedes durch den konstruktiven Aufbau des Getriebes bedingt, und es ist seine Wirkung von der Ausbildung des Kegelrollenlagers abhängig. Bei Anwendung sich radial ausdehnender oder zusammenziehender Ringe ist die Wechselwirkung mit dem vom Kompensationsring umspannten äußeren Lagerring zu berücksichtigen. Außerdem werden zusätzliche Bauelemente benötigt, welche das für das Lager benötigte Bauvolumen erhöhen, was der angestrebten Verminderung des Bauvolumens bei modernen Schaltgetrieben entgegensteht.

Bei dem Getriebe nach der DE-OS 31 40 330 ist eines der Kegelrollenlager in einem Gehäusedeckel angeordnet, in den Bimetallstreifen eingegossen sind, die in Abhängigkeit von der Gehäusetemperatur eine solche Verformung des Gehäusede­ ckels bewirken sollen, daß die angestrebte Temperaturkompen­ sation des Lagerspieles gewährleistet ist. Es versteht sich, daß die Herstellung eines solchen Lagerdeckels einen erheb­ lichen Aufwand erfordert und daher kostspielig ist, und daß weiterhin erhebliche Bedenken bezüglich der Lebensdauer eines Deckels bestehen müssen, in dem künstlich innere Spannungen erzeugt werden, die zu einer Verformung des Deckels führen. Auch dürfte hier die Berechenbarkeit der temperaturabhängigen Verformungen und damit eine gute Kom­ pensation temperaturbedingter Änderungen des Lagerspieles schwierig sein.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Synchron-Schaltgetriebe der eingangs genannten Art so auszu­ bilden, daß unabhängig von anderen Faktoren eine genaue Einstellung der Temperaturkompensation möglich ist und daß trotzdem das dazu benötigte Wärmedehnungs-Kompensationsglied weder eine Vergrößerung des Getriebevolumens noch konstruk­ tiv schwierige Maßnahmen erfordert.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens eine der Getriebewellen als Teleskopwelle mit zwei teleskopartig axial gegeneinander verschiebbaren Teilen ausgebildet und das Wärmedehnungs-Kompensationsglied zwi­ schen diesen Teilen angeordnet ist.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt nicht nur darin, daß die Ausbildung einer Getriebewelle als Teleskopwelle konstruktiv einfach lösbar ist und den Aufbau des Ge­ triebes nicht beeinflußt, sondern daß in der Wahl des Ma­ terials und der Länge des Wärmedehnungs-Kompensationsgliedes zwei frei wählbare Parameter zur Verfügung stehen, die über einen großen Temperaturbereich hinweg eine einwand­ freie Kompensation von durch Wärmedehnung bedingten Verände­ rungen des Lagerspieles ermöglichen. Als Wärmedehnung-Kom­ pensationsglied kann daher jeder Ausdehnungskörper verwendet werden, der mit den Teilen der Teleskopwelle verbunden ist und dessen Ausdehnungs-Koeffizient so gewählt ist, daß er in Verbindung mit den wirksamen Abschnitten der Teleskopwel­ lenteile einen Körper bildet, dessen Länge sich unter den verschiedenen Betriebszuständen in der gleichen Weise ändert wie der Abstand zwischen den Kegelrollenlagern. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Temperaturänderungen der Getriebe­ wellen im allgemeinen größer sind als die Temperaturände­ rungen des Gehäuses, dessen Außenseite von der Umgebungsluft gekühlt wird. Daher wird häufig der effektive Ausdeh­ nungs-Koeffizient der gesamten Getriebewelle etwas kleiner sein müssen als der Ausdehnungs-Koeffizient des Gehäuses.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält wenigstens eines der beiden Teile der Teleskopwelle in einer axialen Bohrung einen Stab aus einem Material mit erhöhtem Ausdehnungs-Koeffizienten, der sich mit seinen beiden Enden an je einem der beiden Teile abstützt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird also das Wärmedeh­ nungs-Kompensationsglied von einem einfachen Stab gebildet, und es ist auch nicht erforderlich, diesen Stab in kompli­ zierter Weise mit den Teilen der Teleskopwelle zu verbinden, sondern es genügt, daß sich seine Enden an den beiden Teilen der Teleskopwelle abstützen und damit in Richtung auf die nahe deren Enden angeordneten Kegelrollenlager drücken, um dadurch deren Lagerspiel zu vermindern. Umgekehrt drücken die im Gehäuse angeordneten Lagerteile gegen die Enden der Teile der Teleskopwelle, so daß auf diese Weise ein im wesentlichen konstantes Lagerspiel erzielt werden kann. Dabei läßt sich der effektive Ausdehnungs-Koeffizient der Welle durch die Bemessung der Stablänge und des Stabma­ teriales bestimmen. Insbesondere kann der Stab aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie das Gehäuse. Die Tem­ peraturunterschiede zwischen Welle und Gehäuse lassen sich dann durch die Bemessung der Stablänge berücksichtigen. Da aus baulichen Gründen die Länge des Stabes im allgemeinen ohnehin kürzer als die Länge der Welle sein dürfte, kommen die oben erwähnten Temperaturunterschiede dem Aufbau des Schaltgetriebes entgegen.

Die Erfindung ist für Schaltgetriebe jeglicher Bauart geeig­ net, insbesondere für Synchrongetriebe in Vorgelege-Bauart. Dabei kann mindestens die Vorgelegewelle als Teleskopwelle ausgebildet sein. Ebenso kann natürlich ein solches Getriebe auch als Teleskopwelle ausgebildete An- und Abtriebswellen aufweisen. Selbst dann, wenn ein solches Getriebe gleich­ achsig hintereinander angeordnete und an ihren einander zugewandten Enden durch ein Wälzlager gegeneinander abge­ stützte An- und Abtriebswellen besitzt, ist die Erfindung anwendbar. In diesem Fall können sogar die An- und Abtriebs­ wellen nicht nur im Gehäuse, sondern auch gegeneinander durch Kegelrollenlager abgestützt sein, und es genügt dann, wenn eine von ihnen als Teleskopwelle ausgebildet ist. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die veränderbare Länge einer der axial hintereinander angeordneten Wellen aus­ reicht, um das Axialspiel aller ebenfalls axial hinter­ einander angeordneten Lager konstant zu halten.

Wenn es der Aufbau des Getriebes ermöglicht, können die zur Kraftübertragung dienenden Zahnräder alle auf dem gleichen Teil einer Teleskopwelle angeordnet sein, so daß es nicht notwendig ist, ein Drehmoment von dem einen der beiden Teile der Teleskopwelle auf das andere zu übertragen. Die Erfin­ dung ist aber auch dann anwendbar, wenn die Übertragung eines Drehmomentes von dem einen auf das andere Teil der Teleskopwelle notwendig ist. In diesem Fall genügt es, die axial gegeneinander verschiebbaren Teile der Teleskopwelle drehfest miteinander zu koppeln, wozu beispielsweise Keil- und Kerbzahn-Verbindungen zur Verfügung stehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispieles eines nach der Erfindung ausgebildeten Synchron-Schaltgetriebes näher beschrieben und erläutert.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Getriebe handelt es sich um ein Synchron-Schaltgetriebe in Vorgelege-Bauart, bei dem in einem aus Leichtmetall bestehenden Gehäuse 1 axial hintereinander eine Antriebswelle 2 und eine Abtriebswelle 3 angeordnet sowie parallel zu diesen beiden Wellen eine Vorgelegewelle 4 gelagert ist. Zur Lagerung dieser Wellen im Gehäuse 1 dienen Kegelrollenlager 5 bis 9, von denen die Kegelrollenlager 5 und 7 zur Lagerung der Antriebswelle 2 bzw. der Abtriebswelle 3 im Gehäuse 1 dienen, wogegen das Kegelrollenlager 6 zwischen den einander gegenüberstehenden Enden dieser beiden Wellen angeordnet ist. Die Kegelrollen­ lager 8 und 9 befinden sich an den Enden der Vorgelege­ welle 4 und dienen zur Lagerung dieser Welle im Gehäuse 1. Die Antriebswelle 2 trägt ein auf ihr drehbar gelagertes Zahnrad 10, das mit einem auf der Vorgelegewelle 4 starr befestigten Zahnrad 11 kämmt, sowie eine Schaltmuffe 12. Die Vorgelegewelle 4 trägt weitere mit ihr drehfest verbundene Zahnräder, wie z.B. das Zahnrad 13, die mit auf der Ab­ triebswelle 3 drehbar gelagerten Zahnrädern kämmen, bei­ spielsweise mit dem Zahnrad 14. Auf der Abtriebswelle 3 sind ebenfalls Schaltmuffen angeordnet, wie beispielsweise die Schaltmuffe 15. Die Schaltmuffen ermöglichen es, ausgewählte Zahnräder in die Kraftübertragung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle einzuschalten und dadurch eine bestimmte Übersetzung zwischen diesen Wellen auszuwählen. Diese Art des Getriebeaufbaues ist bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

Zum Zwecke des Spielausgleiches sind die auf der Vorgelege­ welle 4 angeordneten Teile der Kegelrollenlager 8 und 9 an zwei axial gegeneinander verschieblichen Teilen der Vorgele­ gewelle 4 angeordnet. Zu diesem Zweck ist die Vorgelegewel­ le 4 an ihrem in der Zeichnung linken Ende mit einem Ab­ schnitt 41 verminderten Durchmessers versehen, auf dem ein napfförmiges Lagerteil 42 in Axialrichtung verschiebbar geführt ist, das an seinem Umfang den inneren Lagerring 81 des Kegelrollenlagers 8 trägt. Weiterhin weist die Vorgele­ gewelle 4 eine koaxiale Bohrung auf, in der sich ein Stab 43 befindet, der sich mit einem Ende am Grund der Bohrung und mit seinem anderen Ende an der Innenseite der Stirnwand des napfförmigen Lagerteiles 42 abstützt. Dieser Stab 43 besteht aus dem gleichen Leichtmetall wie das Gehäuse 1. Bei zuneh­ mender Temperatur dehnt sich dieser Stab 43 stärker aus als die Vorgelegewelle 4 und schiebt dadurch das napfförmige Lagerteil 42 mit dem Lagerring 81 in Richtung auf das Kegel­ rollenlager 8, so daß ein durch die Ausdehnung des Gehäu­ ses 1 sich vergrößerndes Spiel wieder ausgeglichen wird. Bei abnehmender Temperatur und damit schrumpfendem Gehäuse 1 drückt das Kegelrollenlager 8 über den Lagerring 81 auf das Lagerteil 42 und schiebt es auf den Abschnitt 41 der Vorge­ legewelle 4 jeweils so weit auf, wie es der Stab 43 zuläßt. Die Länge des Stabes 43 ist so bemessen, daß sich unter Berücksichtigung der Tatsache, daß sich die Vorgelegewelle 4 im Betrieb stärker erwärmt als das von außen gekühlte Gehäu­ se 1, in weiten Temperaturbereichen ein guter Spielausgleich ergibt.

Eine ähnliche Kompensation der unterschiedlichen Expansion von Gehäuse und Welle ist bei dem dargestellten Getriebe auch bezüglich der Abtriebswelle 3 vorhanden. Hier ist das in der Zeichnung rechte Ende der Abtriebswelle 3 mit einem Abschnitt 31 verminderten Durchmessers versehen, auf dem wiederum ein napfförmiges Lagerteil 32 angeordnet ist, das den Innenring 71 des Kegelrollenlagers 7 trägt. Da in diesem Fall das Lagerteil mit einem Abtriebs-Zahnrad 33 versehen ist, ist das Lagerteil 32 mit dem Abschnitt 31 der Abtriebs­ welle 3 durch eine Keilverzahnung 34 drehschlüssig verbun­ den. Die Keilverzahnung 34 beeinträchtigt jedoch nicht die teleskopartige, axiale Verschiebbarkeit des Lagerteiles 32 gegenüber dem Hauptteil der Abtriebswelle 3.

Auch in diesem Fall ist zwischen dem Hauptteil der Abtriebs­ welle 3 und ihrem Lagerteil 32 ein Wärmedehnungs-Kompensa­ tionsglied in Form eines Stabes 35 angeordnet, der sich in einer koaxialen Bohrung der Abtriebswelle 3 befindet und sich mit einem Ende am Grund dieser Bohrung und mit dem anderen Ende an der Innenseite der Stirnwand des Lagertei­ les 32 abstützt. Der Kompensationsvorgang ist genau der gleiche, wie er oben bezüglich der Vorgelegewelle 4 be­ schrieben worden ist. Dabei spielt es keine Rolle, daß sich die Abtriebswelle 3 über das Kegelrollenlager 6 an der Antriebswelle 2 und erst diese über das Kegelrollenlager 5 am Gehäuse 1 abstützt, weil für den Spielausgleich nur die Gesamtlänge der Wellenanordnung zwischen den Kegelrollenla­ gern 5 und 7 maßgebend ist und der Stab 35 geeignet ist, diese Gesamtlänge bei unterschiedlichen Temperaturen gleich dem Abstand zwischen den Kegelrollenlagern 5 und 7 zu hal­ ten. Durch den Ausgleich des Spieles zwischen den äußeren Lagern 5 und 7 erfolgt auch ein Ausgleich des Spieles des dazwischen angeordneten Lagers 6, so daß auch dieses Lager als Kegelrollenlager ausgeführt werden konnte.

Claims (5)

1. Synchron-Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem aus Leichtmetall bestehendem Gehäuse, in dem die aus Stahl bestehenden Getriebewellen nahe ihren Enden mittels eingestellter Kegelrollenlager gelagert sind, und mit einem Wärmedehnungs-Kompensationsglied zum Einhalten eines im wesentlichen temperaturunabhängigen Lagerspiels, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Getriebewellen (2, 3, 4) als Teleskopwelle mit zwei teleskopartig axial gegeneinander verschieb­ baren Teilen (3, 32; 4, 42) ausgebildet und das Wärme­ dehnungs-Kompensationsglied (35, 43) zwischen diesen Teilen angeordnet ist.

2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens eines der beiden Teile der Te­ leskopwelle (3, 4) in einer axialen Bohrung einen Stab (35, 43) aus einem Material mit erhöhtem Ausdehnungs- Koeffizienten enthält, der sich mit seinen beiden Enden an je einem der beiden Teile (3, 32; 4, 42) abstützt.

3. Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stab (35, 43) aus dem gleichen Werkstoff besteht wie das Gehäuse (1).

4. Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß es eine als Teleskop­ welle ausgebildete Vorgelegewelle (4) aufweist.

5. Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die axial gegen­ einander verschiebbaren Teile (3, 32) der Teleskop­ welle (3) drehfest miteinander gekoppelt sind.